Следующие 20 лет углерод проведет в составе органической материи и при ее распаде снова вернется в атмосферу. Таким образом, полный круговорот углерода происходит примерно за 25 лет. Например, углерод из дерева, которое умерло 100 лет назад, был использован растениями и животными уже четыре раза. Во вторых, количество углерода в атмосфере в несколько раз меньше, чем количество углерода в биомассе. Все это означает, что атмосферный углекислый газ находится в состоянии настоящего динамического равновесия с живой природой и оценки влияния человеческой активности на баланс углерода должны это учитывать. Парниковый эффект это лишь часть возможного воздействия и вполне вероятно, что существуют и другие аспекты, о которых мы еще не знаем.

Влияние энергетической системы на углеродный цикл

Из рисунка 4 видно, что количество углерода, выбрасываемого в атмосферу при сжигании ископаемых топлив, 5.5 Гт, существенно превышает то, что дают все естественные геологические источники. Очевидно, что у биосферы, как у системы существующей миллиарды лет, должна быть естественная система управления, поддерживающая, в частности, и содержание углекислого газа в атмосфере на постоянном уровне. Действительно, около 2 из 5.5 "дополнительных" к естественному циклу Гигатонн углерода поглощается океанами. Леса и другие растения могли бы поглощать еще 1.8 Гт, но систематические вырубки тропических лесов возвращают обратно 1.6 Гт , так что результирующий эффект от наземной растительности остается на уровне 0.2 Гт в год. Таким образом, индустриальные выбросы углекислого газа существенно превышают естественные способности биосферы регулировать содержание углекислого газа в атмосфере, и его концентрация непрерывно растет. Это видно на рисунке 5, на котором показаны результаты измерения содержания углекислого газа в атмосфере в течение последних 1000 лет [1]. Регулярные измерения в атмосфере ведутся на Гавайских островах, начиная с 1958 г. Более ранние точки были получены по содержанию углекислого газа в пузырьках воздуха во льдах Антарктиды. Видна четкая корреляция между началом регулярного использования полезных ископаемых в начале 18 века и содержанием углекислого газа в атмосфере. Нынешний рост содержания углекислого газа в атмосфере хорошо согласуется с оценками источников и стоков, приведенными выше. Измерения также показывают, что за последние 200 лет концентрация углекислого газа возросла на 30% от естественного, прединдустриального уровня.

Рисунок 5. Зависимость концентрации углекислого газа в Земной атмосфере от времени в течение последней 1000 лет [1]. Измерения по пузырькам воздуха во льдах Антарктики и прямые измерения на Гавайских островах. 1 ppm= 10-6 объема.

Таким образом, океаны и наземные растения могут поглотить лишь 40% выбросов углекислого газа производимого при сжигании нефти, угля и природного газа, а 60% выбросов накапливаются в атмосфере

Теперь можно попытаться оценить, каково будет содержание углекислого газа в атмосфере к 2050 г, предполагая, что, как и сейчас, ископаемые энергоресурсы останутся основным источником энергии, а ее производство удвоится по сравнению с нынешним уровнем. В этом случае мировая энергетическая система выбросит к 2050 году в атмосферу 400 Гт углерода и увеличит его содержание с 750 до 1000 Гт. Эта простая оценка хорошо совпадает с прогнозами, сделанными на основе гораздо более сложных моделей [1], которые также предсказывают почти удвоение концентрации СO2 к 2050 г по сравнению с естественным, прединдустриальным уровнем в так называемом случае "все по-прежнему" [1,12]. Если предположить, что нынешняя скорость поглощения углекислого газа океанами - это ответ естественной системы управления на 30%-ное возрастание концентрации СO2 в атмосфере, то максимальная скорость поглощения может быть не больше 6-7 Гт в год. Это сравнимо с нынешними выбросами СO2 и меньше, чем будущие выбросы. Поэтому, нет никаких оснований считать, что естественная система управления каким либо образом стабилизирует содержание СO2. Мы производим слишком большое возмущение. В 1957 г. основоположники изучения углеродного цикла, Р. Ревел и Г. Сюс, писали. "Человечество сейчас проводит глобальный геофизический эксперимент, равных которому не было в прошлом и никогда не будет в будущем. В течение всего нескольких столетий мы возвращаем в атмосферу и океаны углерод органического происхождения накопленный в осадочных породах за сотни миллионов лет" [ 12].

Какими же могут быть последствия такого "эксперимента" для сообщества человек - свинья -зерно?

5. Влияние роста концентрации СO2 на климат и биосферу

Возможные последствия выбросов углекислого и других сопутствующих газов в атмосферу активно изучались в течении последних нескольких десятков лет. Основное беспокойство вызывает парниковый эффект [I]. Парниковый эффект играет существенную роль в энергобалансе Земли: без парникового эффекта средняя температура на поверхности Земли была бы ниже точки замерзания воды. Углекислый газ, водяные пары и некоторые другие газы, содержащиеся в атмосфере, поглощают инфракрасное тепловое излучение с поверхности Земли, нагреваемой солнечным светом и поддерживают среднюю температуру на уровне 10 °С. Чем больше концентрация парниковых газов, тем больше эффект, который можно характеризовать дополнительной мощностью излучения на единицу площади эквивалентной влиянию парникового эффекта.

Оценки показывают, что нынешнее увеличение содержания углекислого газа на 30% эквивалентно увеличению потока энергии на 2.45 Вт/м2 [1], что составляет 0.7% Солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Это примерно в 70 раз больше, чем прямой нагрев поверхности от сжигания энергоносителей. Климатические модели предсказывают, что к 2050 г., если "все по-прежнему", парниковый эффект возрастет до 5-6 Вт/м2 , составит 1.5% от Солнечной энергии и, следовательно, будет сравним с масштабом естественных изменений, приводивших в геологическом прошлом к глобальным климатическим изменениям.